專利名稱：用于手指康復(fù)的佩戴式裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種康復(fù)器材，更具體地說，涉及一種用于手指康復(fù)的佩戴式裝置。
背景技術(shù)：
中風(fēng)是導(dǎo)致成人永久性殘疾的主要原因。中風(fēng)幸存者會感受到上肢功能障礙，同時普遍存在肢體遠(yuǎn)端損傷。因?yàn)檫m當(dāng)?shù)氖植抗δ軐τ谕绞痔矫约皩Νh(huán)境的操作是至關(guān)重要的，因而這個問題相當(dāng)嚴(yán)重。此外，手部功能的喪失是神經(jīng)肌肉障礙中損害發(fā)生的主要緣由，時常妨礙到日常生活中有效的職能表現(xiàn)和獨(dú)立參與行為。中風(fēng)后的康復(fù)在幫助中風(fēng)患者減輕不適的癥狀以及恢復(fù)其運(yùn)動功能方面起著重要的作用。重復(fù)通用的動作練習(xí)可以幫助改善患者完成大量日常運(yùn)動任務(wù)的能力?；旧?，存在三種中風(fēng)后康復(fù)的主要類型。“被動運(yùn)動”(或外部強(qiáng)加)，涉及到在患者保持放松狀態(tài)時由治療師幫助進(jìn)行的關(guān)節(jié)運(yùn)動?！爸鲃虞o助運(yùn)動”在患者無法獨(dú)立完成所需的運(yùn)動時采用，在患者試圖移動關(guān)節(jié)或肢體時，根據(jù)需要施加外部輔助力?！爸鲃拥种七\(yùn)動，，則是更高層次患者所采用的，包括抵抗來自于重力 (由額外的重量所產(chǎn)生)、彈性綁帶或治療師的阻力完成動作。在這三種治療方法中，主動輔助運(yùn)動被證明對大量急性中風(fēng)患者具有積極作用?；颊唢@著降低了手臂障礙。在過去的幾十年，中風(fēng)后的康復(fù)計(jì)劃被認(rèn)為是耗費(fèi)時間和精力的，因?yàn)橹委煄熀突颊咝枰粚σ皇謩拥嘏浜?。因此，協(xié)助治療師的自動機(jī)械裝置存在很大的需求。這些自動機(jī)械裝置可以協(xié)助治療師實(shí)施具有更多的定量和可重復(fù)訓(xùn)練動作的密集而安全的治療康復(fù)方案。已經(jīng)開發(fā)了某些特定的自動機(jī)械裝置，特別是針對肩部、肘部和手腕的康復(fù)。然而，針對手指的康復(fù)裝置仍然十分有限。傳統(tǒng)上，手指康復(fù)是手動實(shí)施的，且更注重于感官再訓(xùn)練。顯然，中風(fēng)患者缺乏手指肌肉訓(xùn)練。在市場上，存在供不太嚴(yán)重的中風(fēng)患者使用的一些工具諸如鐵制或塑料制 鈴或木制石塊，幫助他們以自助的方式練習(xí)手指的移動。至于急性中風(fēng)患者，因?yàn)榛颊叩倪\(yùn)動功能喪失導(dǎo)致這些裝置不適合。因此，亟待使用允許患者在脫離治療師協(xié)助的情況下進(jìn)行日常治療的自動機(jī)械裝置來幫助中風(fēng)患者優(yōu)化手指肌肉的訓(xùn)練?，F(xiàn)有自動機(jī)械裝置中使用諸如壓電陶瓷或形狀記憶合金的促動器材料。這些材料由于柔韌性不夠且容易導(dǎo)致高溫而不適用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于，針對現(xiàn)有手指康復(fù)的自動機(jī)械裝置所采用的材料柔韌性不夠且容易導(dǎo)致高溫的缺陷，提供一種采用EAP材料制成的用于日常手指康復(fù)的佩戴式裝置。在本發(fā)明第一優(yōu)選方面中，提供了一種用于日常手指康復(fù)的佩戴式裝置，所述裝置包括織物材料；以及EAP矩陣套，所述EAP矩陣套可操作性地連接到所述織物材料以形成用于手指的 EAP促動器；
其中，至少一個EAP矩陣套與手指的指關(guān)節(jié)對應(yīng)，用于所述手指關(guān)于所述指關(guān)節(jié)相對運(yùn)動。所述佩戴式裝置進(jìn)一步包括五個手指鞘，且其中每個手指鞘具有對應(yīng)于手指所有指關(guān)節(jié)的EAP矩陣套以幫助手指的每塊肌肉。所述EAP矩陣套為離子型或電子型。佩戴者的每根手指具有對應(yīng)的EAP促動器。每個EAP促動器由軟件單獨(dú)控制。所述佩戴式裝置還包括位于手指指尖處的可拆卸地插入手指的彈性環(huán)，通過連接帶可拆卸地固定到手腕上的DC-DC轉(zhuǎn)換器，連接在所述EAP矩陣套、彈性環(huán)和DC-DC轉(zhuǎn)換器之間使其相對位置固定的金屬桿，且所述DC-DC轉(zhuǎn)換器通過導(dǎo)電線纜及柔性電極電連接到所述EAP矩陣套表面上。每個EAP促動器通過導(dǎo)電線纜連接到電源，并由計(jì)算機(jī)控制。所述織物材料是由以下一組材料中的任意一種制成棉、尼龍、滌綸和氨綸。離子型的所述EAP矩陣套采用以下步驟制備1)對EAP材料表面上將被作為有效電極的位置進(jìn)行粗糙化處理；2)將步驟1)獲得的EAP材料浸泡在鉬絡(luò)合物水溶液中實(shí)現(xiàn)離子交換；3)使用還原劑將步驟2)獲得的EAP材料上的鉬絡(luò)合物陽離子還原為金屬態(tài)的納米粒子形成初始鉬層，再將該EAP材料加入到的鉬溶液中在初始鉬層上電鍍上另一層鉬。電子型的所述EAP矩陣套采用以下步驟制備對電子型EAP制成的彈性體薄膜進(jìn)行雙向自動預(yù)拉伸；在彈性體薄膜上人工涂覆上柔性電極；預(yù)拉伸后的彈性體薄膜手動纏繞到壓縮彈簧核上。所述EAP矩陣套被縫線縫到織物材料上從而將該EAP矩陣套與織物材料相連接。所述EAP矩陣套完全包圍織物材料或者覆蓋織物材料的單個表面。所述佩戴式裝置為手套的形式。實(shí)施本發(fā)明的用于手指康復(fù)的佩戴式裝置，具有以下有益效果本發(fā)明采用EAP材料將電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械運(yùn)動提供重復(fù)的主動輔助運(yùn)動，用于中風(fēng)患者的手指康復(fù)，該佩戴式裝置的柔韌性能好，且消耗的能量非常少，溫度增加不多。


下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明的實(shí)例進(jìn)行說明，附圖中圖1為插入具有一個根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的EAP矩陣套的EAP手套的手指的側(cè)面截面圖；圖2為圖1中EAP手套的頂部平面圖；圖3為圖1中EAP手套的上方透視圖；圖4為具有兩個根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的EAP矩陣套的另一 EAP手套的側(cè)視圖；圖5為圖4中EAP手套的頂部平面圖；圖6為圖4中EAP手套的上方透視圖。
具體實(shí)施例方式參照附圖1-6，示出了用于手指5康復(fù)的佩戴式裝置10。該裝置10為手套的形式， 又可被稱為EAP手套，一般包括織物材料20和電活性聚合物(EAP)矩陣套30。EAP矩陣套 30可被操作連接到織物材料20，形成用于佩戴者的手指5的EAP促動器。EAP矩陣套30可以通過縫線縫到織物材料20上，從而可操作地將EAP矩陣套30與織物材料20連接。EAP 矩陣套30可以嵌入織物材料20中?？椢锊牧?0可以為棉、尼龍、滌綸和氨綸。圖1描述了具有一個EAP矩陣套30的EAP手套，而圖5描述了具有兩個EAP矩陣套30的EAP手套。 EAP矩陣套30被定位后使得每一節(jié)跨過一個指關(guān)節(jié)。剛性材料40用于從EAP矩陣套30傳遞力到指尖。剛性材料40優(yōu)選為諸如鋁制的金屬桿。彈性環(huán)60可拆卸地將EAP促動器30連接到指尖。使用時，指尖被插入彈性環(huán) 60中。彈性環(huán)60優(yōu)選彈性織物管或橡膠帶。按鈕25將金屬桿40連接到彈性環(huán)60上。這也是出于安全的原因。如果用力過大，按鈕25可以將金屬桿40和手指5分開。可移動接頭45設(shè)置在EAP矩陣套30的底座上，從而允許用戶彎曲自己的手指5。連接帶70可拆卸地將DC-DC轉(zhuǎn)換器80連接到手腕上。連接帶70優(yōu)選為織帶。 DC-DC轉(zhuǎn)換器80為電流放大器90，并由高壓直流(HVDC)電源供電。導(dǎo)電材料35是將導(dǎo)電線纜50電連接到電子型EAP30的柔性電極。EAP材料將電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械運(yùn)動，以提供重復(fù)的主動輔助運(yùn)動。EAP材料具有獨(dú)特顯著的特點(diǎn)，能夠?qū)崿F(xiàn)從電力形式到機(jī)械形式的能量傳導(dǎo)，以用于促動。EAP材料分為兩大類。離子型EAP是由離子和分子的電驅(qū)動擴(kuò)散而促動的。離子聚合物金屬絡(luò)合材料(IPMC) 和凝膠聚合物均為離子型ΕΑΡ。電子型EAP是由電場所促動的。電子輻照材料(如PVDF TrFE)、介電彈性體材料(DE)、電致聚合物人工肌肉(EPAM)、電流變流體為電子型EAP材料。 這兩組EAP材料包括根據(jù)不同原則和性質(zhì)所采用的各種類型材料。離子型EAP(IPMCs)由兩個電極和電解質(zhì)組成。這類材料是由離子和分子的電驅(qū)動擴(kuò)散或移動所促動的。該離子型EAP的長度為35至55毫米，寬度為10mm，厚度小于1mm。制作離子型EAP的第一步是對材料表面上將被作為有效電極的位置進(jìn)行粗糙化處理。這涉及到對聚合物表面進(jìn)行噴砂或用砂紙打磨，以增加鉬鹽滲透和還原反應(yīng)發(fā)生處的表面積密度，還涉及超聲波清洗和通過酸煮(低濃度HCl或HNO3)進(jìn)行的化學(xué)清洗。第二步是使用金屬絡(luò)合溶液例如四胺鉬氯化物水合物作為鉬絡(luò)合物(Pt(NH3)4] Cl2或[Pt(NH3)JCl4)水溶液來完成離子交換過程。雖然平衡條件取決于金屬絡(luò)合物的電荷類型，但是這些絡(luò)合物仍然可以提供良好的電極。浸泡和攪拌時間一般是1個多小時。第三步被稱為初始鉬合成過程。這是為了通過使用有效的還原劑例如合適溫度 (即60°C )的硼氫化鈉或硼氫化鋰(5% )水溶液，將鉬絡(luò)合物陽離子還原為金屬態(tài)的納米粒子。類黑色的鉬層沉積在材料的表面附近。最后一步(表面電極化過程)為在初始Pt 表面上有效地增加Pt(或其它金屬)的厚度，以降低表面電阻率。因此，在沉積的Pt層上電鍍另一部分的鉬。準(zhǔn)備MOml的絡(luò)合物(Pt (NH3) 4] Cl2或[Pt (NH3) 6] Cl4)水溶液，其中含有120mg的 Pt，并加入5ml濃度為5%的氫氧化銨溶液(pH值調(diào)節(jié))。電鍍量是由溶液中鉬的含量所決定的。準(zhǔn)備5%的鹽酸羥胺水溶液和20%的聯(lián)胺溶液。
該聚合物被加入在40°C攪拌的鉬溶液中。每30分鐘加入6ml鹽酸羥胺溶液和3ml的聯(lián)胺溶液。在添加的過程中，溫度在4個小時逐步提高到60°C。將在膜表面形成灰色金屬層。在這個過程結(jié)束時，抽樣少許溶液，并與強(qiáng)還原劑(NaBH4) —起煮以檢測是否達(dá)到終點(diǎn)。被成功利用的其他金屬(或?qū)щ娊橘|(zhì))包括鈀、銀、金、碳、石墨和碳納米管。使用電鍍是非常便利的。對于離子型EAP，最終驅(qū)動位移約60mm/每3_4g力)。溫度的增加是非常緩和的，而織物材料可被作為安全用絕緣材料。IPMC促動器的彎曲機(jī)理為電滲原理。在橫跨紡織膜厚度的低電勢的作用下，在離子可交換聚合物膜內(nèi)發(fā)生固定離子再分配、移動離子遷移，且陽離子與水分子結(jié)合移動到陰極側(cè)。移動的離子成為電解質(zhì)。因此，彎曲的發(fā)生是由于薄膜最外層纖維的收縮和膨脹的不同所引起的。水的移動也可能在促動中起到顯著的作用。如果是陽離子交換膜，全氟離子聚合物膜帶在電勢的影響下朝向陽極彎曲。為了制作電子型EAP (DE促動器)，彈性體薄膜經(jīng)過雙向自動預(yù)拉伸。這些薄膜被人工涂覆上柔性電極。預(yù)拉伸后的彈性體薄膜被手動纏繞到完全壓縮的套筒彈簧核上。薄膜被橫向固定到該核上。DE彈簧卷促動器為具有自適應(yīng)剛度的促動彈簧。所使用的彈性體薄膜是不可壓縮的、各向同性的，在被動平衡時的具有擬線性性能，在同分異構(gòu)體促動下自由應(yīng)變，并且在同分異構(gòu)體促動下具有阻滯力。自由應(yīng)變和阻滯力為該促動器的兩大特點(diǎn)。通過改變施加的促動電源和促動邊界條件，來促動DE。電子型EAP的厚度為45mm，寬度為15mm，厚度為10mm。對于電子型EAP而言，最終驅(qū)動位移為20mm/7. 2N力。透明塑料制的保護(hù)層被放置在EAP手套的表面。因此，電子型EAP被封閉在透明塑料外殼中。該外殼為電子型EAP所需的高電壓提供安全保障。因?yàn)殡娮有虴AP消耗的能量非常少，所以溫度增加不多。每個電子型EAP促動器需要約2瓦。佩戴者的每個手指5都有相應(yīng)的EAP促動器。移動手指5的力是從EAP矩陣套提供給EAP促動器30的。每個EAP促動器通過導(dǎo)電線纜50連接到電源。每個EAP促動器由控制系統(tǒng)100中的計(jì)算機(jī)軟件單獨(dú)控制，在此控制傳輸?shù)紼AP促動器的電信號?？刂葡到y(tǒng)100中的設(shè)計(jì)和控制電路也被用來控制EAP促動器的促動。EAP促動器不是管狀結(jié)構(gòu)，然而他們可以擴(kuò)張和收縮從而允許手指相對指關(guān)節(jié)運(yùn)動。EAP促動器在手指5上施加足夠且適當(dāng)?shù)牧ΑＣ總€EAP矩陣套30的大小和尺寸可以與手指肌肉或指關(guān)節(jié)相對應(yīng)。換句話說，每個EAP矩陣套30的輪廓與其所針對放置的各個指關(guān)節(jié)的輪廓相吻合。例如，對于手指5而言，有可能為三個EAP矩陣套30。對于具有五個手指的手而言，有可能共計(jì)十五個EAP矩陣套30。該EAP矩陣套30在結(jié)構(gòu)上沒有相互連接，且可以獨(dú)立運(yùn)作。EAP矩陣套30完全環(huán)繞織物材料20或覆蓋織物材料20的單個表面，只要EAP矩陣套30和佩戴者的皮膚之間沒有直接接觸。所述的單個表面可以為手套10的底部或者手套10的手掌側(cè)。
EAP手套10是一種中風(fēng)患者用作其手指5的康復(fù)并提供手指肌肉訓(xùn)練的自動機(jī)械治療裝置。EAP手套10 —般適于由于上肢癱瘓和周圍神經(jīng)損傷而造成的手部移動不便的人使用。EAP手套10還提供手指精細(xì)動作的訓(xùn)練。EAP手套10為中風(fēng)患者提供最佳的康復(fù)治療，因?yàn)樗梢愿憷睾涂蓴y帶地幫助高度重復(fù)的主動輔助運(yùn)動訓(xùn)練，并減少損傷。 EAP手套10通過允許中風(fēng)患者在離開治療師的頻繁幫助的情況下進(jìn)行日常訓(xùn)練，從而優(yōu)化中風(fēng)患者的手指肌肉訓(xùn)練。EAP手套10可以協(xié)助治療師實(shí)施具有更多的定量和可重復(fù)訓(xùn)練動作的密集而安全的康復(fù)方案?；颊卟槐厍巴t(yī)院使用EAP手套10，而可以在日常像穿衣服一樣使用EAP手套10。EAP手套10有助于物體的兩個部分直接的相對運(yùn)動，以及物體或關(guān)節(jié)的彎曲或變形。該EAP手套10允許關(guān)節(jié)的運(yùn)動，尤其是人體手指關(guān)節(jié)的運(yùn)動。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)明白在不脫離本發(fā)明范圍或?qū)嵸|(zhì)時，可對特定實(shí)施例中示出的本發(fā)明進(jìn)行各種變化和等同替換。因此，上述實(shí)施例是出于解釋性的目的而非對本發(fā)明的限制。
權(quán)利要求
1.一種用于手指康復(fù)的佩戴式裝置，其特征在于，所述裝置包括織物材料；以及EAP矩陣套，所述EAP矩陣套可操作性地連接到所述織物材料以形成用于手指的EAP促動器；其中，至少一個EAP矩陣套與手指的指關(guān)節(jié)對應(yīng)，用于所述手指關(guān)于所述指關(guān)節(jié)相對運(yùn)動。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的佩戴式裝置，其特征在于，進(jìn)一步包括五個手指鞘，且其中每個手指鞘具有對應(yīng)于手指所有指關(guān)節(jié)的EAP矩陣套以幫助手指的每塊肌肉。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的佩戴式裝置，其特征在于，所述EAP矩陣套為離子型或電子型。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的佩戴式裝置，其特征在于，佩戴者的每根手指具有對應(yīng)的EAP促動器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的佩戴式裝置，其特征在于，每個EAP促動器由軟件單獨(dú)控制。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的佩戴式裝置，其特征在于，所述佩戴式裝置還包括位于手指指尖處的可拆卸地插入手指的彈性環(huán)，通過連接帶可拆卸地固定到手腕上的DC-DC轉(zhuǎn)換器，連接在所述EAP矩陣套、彈性環(huán)和DC-DC轉(zhuǎn)換器之間使其相對位置固定的金屬桿，且所述DC-DC轉(zhuǎn)換器通過導(dǎo)電線纜及柔性電極電連接到所述EAP矩陣套表面上。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的佩戴式裝置，其特征在于，所述織物材料是由以下一組材料中的任意一種制成棉、尼龍、滌綸和氨綸。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的佩戴式裝置，其特征在于，離子型的所述EAP矩陣套采用以下步驟制備1)對EAP材料表面上將被作為有效電極的位置進(jìn)行粗糙化處理；2)將步驟1)獲得的EAP材料浸泡在鉬絡(luò)合物水溶液中實(shí)現(xiàn)離子交換；3)使用還原劑將步驟2)獲得的EAP材料上的鉬絡(luò)合物陽離子還原為金屬態(tài)的納米粒子形成初始鉬層，再將該EAP材料加入到的鉬溶液中在初始鉬層上電鍍上另一層鉬。
9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的佩戴式裝置，其特征在于，電子型的所述EAP矩陣套采用以下步驟制備對電子型EAP制成的彈性體薄膜進(jìn)行雙向自動預(yù)拉伸；在彈性體薄膜上人工涂覆上柔性電極；預(yù)拉伸后的彈性體薄膜手動纏繞到壓縮彈簧核上。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的佩戴式裝置，其特征在于，所述佩戴式裝置為手套的形式。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于手指康復(fù)的佩戴式裝置，所述裝置(10)包括織物材料(20)；以及EAP矩陣套(30)，所述EAP矩陣套(30)可操作性地連接到所述織物材料(20)以形成用于手指(5)的EAP促動器；其中，至少一個EAP矩陣套(30)與手指(5)的指關(guān)節(jié)對應(yīng)，用于所述手指關(guān)于所述指關(guān)節(jié)相對運(yùn)動。本發(fā)明采用EAP材料將電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械運(yùn)動以提供重復(fù)的主動輔助運(yùn)動，用于中風(fēng)患者的手指康復(fù)，該佩戴式裝置的柔韌性能好，且消耗的能量非常少，溫度增加不多。
文檔編號A61H1/02GK102379792SQ20111017340
公開日2012年3月21日 申請日期2011年6月24日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月2日
發(fā)明者葉曉云 申請人:香港理工大學(xué)